Wirtualny model metabolizmu człowieka
Katarzyna Marciniak | 2007-02-15
Opracowano wirtualny model metabolizmu, dzięki któremu być może wkrótce stanie się możliwe leczenie zaburzeń związanych z funkcjonowaniem szlaków metabolicznych, począwszy od cukrzycy, aż po wysoki poziom cholesterolu we krwi.
Współczesne osiągnięcia techniki pozwalają na doskonalenie badań w wielu dziedzinach nauki, również w medycynie. Dzięki osiągnięciom bioinżynierii, znanej również jako inżynieria biomedyczna, stało się możliwe stworzenie wirtualnego modelu ludzkiego metabolizmu, którego dokonali naukowcy z Uniwersytetu w San Diego. Wszystko po to, aby umożliwić prowadzenie badań i terapii w leczeniu wielu chorób dotyczących zaburzeń metabolizmu, od cukrzycy, po wysoki poziom cholesterolu we krwi. Choroby te dotyczą coraz większej liczby ludzi i dlatego szukanie nowych, alternatywnych metod leczenia staje się koniecznością. Choć dla niektórych brzmi to jak fragment filmu science-fiction, to w przypadku chorób z którymi boryka się tak wielu ludzi, niezbędne jest wykorzystanie każdej metody. Dlatego do tego typu badań w ostatnich czasach wykorzystuje się coraz częściej postępy informatyki, fizyki, matematyki i innych nauk ścisłych.
Pierwszy opracowany przez naukowców, tego typu wirtualny model zawierał ponad 3300 znanych biochemicznych transformacji, które zostały udokumentowane w ciągu ostatnich 50 lat badań nad metabolizmem. Wszystko po to, aby stworzyć jak najbardziej wiarygodny obraz metabolizmu, wraz z wszystkimi możliwościami zaburzeń, jakie mogą nim wystąpić. Przed przystąpieniem do pracy, naukowcy poświęcili czas na analizie ponad 1 500 danych książkowych, artykułów, opublikowanych w ciągu ostatnich 50 lat. Naukowcy dążyli bowiem do tego, aby ich badania spełniały wszystkie kryteria akceptowane i wymagane przez środowisko naukowe.
Praca metabolizmu każdego człowieka, którego funkcjonowanie w wielkim skrócie polega na zamianie spożywanego przez nas pożywienia w różne formy energii, jest przede wszystkim wynikiem oddziaływań środowiskowych i genetycznych. W przeprowadzonych przez grupę naukowców 288 symulacjach, przeprowadzono m.in. symulację syntezy testosteronu i estrogenów, jak również skupiono się na wirtualnym modelu metabolizmu osób otyłych.
W jaki sposób się to wszystko odbywa? Naukowcy wykorzystując komputerowe bazy danych, w szybki sposób mogą odkryć wpływ zmian w metabolizmie na jego funkcjonowanie. Narzędzie zostało zaprojektowane z myślą o wykrywaniu milionów zaburzeń metabolizmu aminokwasów, lipidów, węglowodorów, i innych molekuł. W przyszłości planuje się rozszerzenie funkcjonalność narzędzia o możliwość wykrywania różnic w metabolizmie i dostosowania pod tym względem indywidualnej diety pozwalającej kontrolować wagę.
Kolejna rzeczą, na której skupili się naukowcy były badania nad metabolizmem cholesterolu. Ten powszechnie znany steroid, należący do lipidów, wchodzi w skład wszystkich błon komórkowych. Szacuje się, że wśród 105 milionów dorosłych Amerykanów zawartość "złego" cholesterolu we krwi wynosi około 200 mg/dl, a nawet jest wyższa, a z tego ponad 36,6 milionów ma poziom cholesterolu rzędu 240 mg/dl a nawet większą. Tak wysoki poziom cholesterolu zwiększa ryzyko chorób serca. Ponad dwa tuziny biochemicznych reakcji zachodzących w komórkach bierze udział w procesie tworzenia cholesterolu. Leki obniżające poziom cholesterolu, nazywane statynami ,dotyczą jedynie jednej z tych reakcji. Ich zadanie polega na redukcji syntezy cholesterolu.
Jakiekolwiek zakłócenia w dowolnej części metabolizmu mogą przynieść nieoczekiwane konsekwencje, mogą nie przynieść żadnych konsekwencji a nawet nie wywołać żadnego efektu. Nie da się do końca przewidzieć co się stanie, gdy taka sytuacja będzie miała miejsce. Dlatego stworzone przez naukowców narzędzie pozwoli przewidzieć wszystkie rezultaty i konsekwencje, przed wprowadzeniem testów nad prawdziwymi, ludzkimi komórkami.
Każdy typ komórek wykorzystuje jedynie ułamek spośród wszystkich 3300 metabolicznych reakcji. Naukowcy mogą, w warunkach in silico (w warunkach laboratoryjnych, z wykorzystaniem sprzętu komputerowego), stworzyć dowolny typ komórki, od komórek sercowych do krwinek czerwonych, z ich wszystkimi, bardzo dokładnymi enzymami, biorącymi udział w tych przemianach oraz "dostosować" je pod względem genetycznym do potrzeb symulacji.
Warto dodać, że badania te były możliwe dzięki Projektowi Poznania Genomu Ludzkiego (Human Genome Project) i nadal będą prowadzone prace, mające na celu zwiększenie funkcjonalności systemu i wcielenie go w życie. Jednak kilka części ludzkiego metabolizmu jest bardziej skomplikowana i wymaga prowadzenia dodatkowych badań, które potem będą mogły być wprowadzane do stworzonego już modelu.
Źródło: University of California, San Diego, medgadget.com
Komentarze
ateista-programista | 2007-03-14 00:00:00
a kiedy powstanie Matrix?